WO2023095278A1 - 光素子、光集積素子および光素子の製造方法 - Google Patents

光素子、光集積素子および光素子の製造方法 Download PDF

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WO2023095278A1
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waveguide
core
waveguide core
optical
optical element
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洋平 齊藤
光太 鹿間
昇男 佐藤
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日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device

Definitions

  • the present invention relates to an optical element for connecting optical elements, an optical integrated element, and a method for manufacturing an optical element.
  • Optical communication devices require electric elements such as drivers, switches, and electric amplifier circuits, and optical elements such as semiconductor lasers, optical switches, and optical fibers.
  • SiPh Silicon Photonics
  • SiPh is an optical device using a semiconductor material as a core, and not only can fabricate ultra-compact and highly economical optical circuits, but also enables high-density integration with electric circuit elements.
  • the positioning accuracy can be relaxed.
  • the film thickness of each layer is restricted during manufacturing, and the high refractive index peculiar to semiconductor waveguides causes high loss due to the roughness of the waveguide sidewalls. In comparison, it is difficult to obtain an MFD with low loss and high yield equivalent to that of general optical fibers.
  • SWW self-written waveguide
  • This technology is an optical connection technology that uses a photocurable resin, and can connect between waveguide cores as follows.
  • light used as signal light for optical communication (hereinafter referred to as "signal light") is emitted from at least one waveguide core end surface.
  • a photocurable resin is dropped into the gap between the waveguide cores.
  • SWW cores (hereinafter referred to as "SWW cores") are sequentially formed from each waveguide core end face due to the property of the photocurable resin that the light is cured in order from the place where the light intensity is high. be. Thereby, an SWW core is formed on the end surface of the waveguide core.
  • the SWW core is formed along the propagation path of the resin curing light, even if an optical axis shift occurs between the waveguide cores, the S-shaped SWW core is formed so as to compensate for the optical axis shift. A lossless optical connection can be realized.
  • SWW clad the SWW clad resin is dropped onto the removed portion (around the SWW core) and cured as appropriate to form the SWW clad ( hereinafter referred to as "SWW clad") is formed, and connection by SWW is completed.
  • this technology has an axis offset compensation effect that can realize low-loss connections even in the presence of gaps between waveguide cores and optical axis offset, which are factors of connection loss between waveguide cores. Therefore, the optical connection technology based on SWW can relax the tolerance requirement for the parts constituting the optical device, and realize simple optical integration, high yield, and low loss mounting.
  • the process of forming the SWW makes it possible to form an SSC (Spot-size converter), which is indispensable for connecting waveguide cores with different MFDs. This is useful in optical fiber implementation on SiPh chips with small MFDs.
  • SSC spot-size converter
  • the SWW is manufactured using an optical element 60 having the configuration shown in FIG.
  • the optical device 60 includes a first waveguide core 61 and a second waveguide core 62 formed to cover the first waveguide core 61 .
  • the optical element 60 also includes an optical multiplexing/demultiplexing section 65 .
  • the optical multiplexer/demultiplexer 65 couples or branches the resin curing light 3 to the second waveguide core 62 .
  • the optical multiplexer/demultiplexer 65 is composed of a first waveguide core 61, a mode field converter 63 fabricated at one end of the first waveguide core 61, and a second waveguide core 62 covering it. .
  • the signal light 4 transitions between the first waveguide core 61 and the second waveguide core 62 by the mode field converter 63 .
  • the first waveguide core 61 is formed on the lower clad 68 by photolithography or the like.
  • a second waveguide core 62 is formed to cover the first waveguide core 61, and an upper clad 67 is formed to cover the upper surface thereof.
  • the cross section of the optical multiplexing/demultiplexing section 65 includes a portion formed only by the second waveguide core 62 as shown in the XIV-XIV' section (FIG. 14) and the first waveguide core 61 as shown in the XV-XV' section. (FIG. 15).
  • the SiPh chip (optical element) has the optical multiplexing/demultiplexing unit 65, and the signal light (light in the wavelength band used for optical communication) 4 and the resin curing light 3, which are important for optical connection by SWW, are shared with each other.
  • a Y-branch structure or the like can be used for the optical multiplexer/demultiplexer 65 .
  • the resin curing light 3 can be coupled from the outside to the same waveguide (second waveguide core 62) as the signal light 4, and the resin curing light 3 can be emitted from the SiPh chip end surface.
  • the intensity distribution of resin curing light In optical connection by SWW, in order to form an SWW core having a long length (about mm) and a constant core diameter, the intensity distribution of resin curing light must be a Gaussian distribution or a distribution approximating a Gaussian distribution. is. In other words, the resin curing light should have a distribution in which the intensity is high at the center of the core and decreases toward the sides of the core.
  • the width of the second waveguide core is It has a thickness of about 4 ⁇ m and a thickness of about 2 ⁇ m.
  • the resin curing light propagates in multimode.
  • the NFP (Near-field pattern) of the resin curing light at the output end face of the second waveguide core does not have a unimodal Gaussian distribution, but has an intensity distribution consisting of a plurality of peaks at the output end face. This is because the resin curing light is visible light, that is, light with a wavelength shorter than the communication wavelength band.
  • the waveguide when configured under multimode conditions, it becomes more multimode due to the influence of small perturbations such as bending of the waveguide.
  • the intensity distribution of the resin curing light irradiated to the SWW material has a plurality of peaks and is not a Gaussian distribution. It was difficult to form a SWW core in the shape of the core diameter.
  • an optical element is an optical element connected to an optical waveguide element via a self-forming waveguide, in which a first waveguide core through which signal light propagates and , a second waveguide core through which at least resin curing light propagates; and a mode filter arranged in a part of the second waveguide core, wherein the refractive index of the first waveguide core is the second waveguide core.
  • the first waveguide core has a mode field conversion part, and at least the mode field conversion part is at a position where it can be optically coupled with the second waveguide core.
  • the second waveguide core is composed of a plurality of core waveguide structures, one core waveguide structure covers the mode field conversion section, and the signal light and the resin curing light are emitted from the output
  • Another core waveguide structure has an incident end face into which the resin curing light is incident, and is optically connected to the one core waveguide structure.
  • the method for manufacturing an optical element includes the steps of: depositing a material of a first waveguide core on a lower clad on a substrate; depositing a second waveguide core material over the first waveguide core; applying the second waveguide core material to a second waveguide core having a mode filter and depositing an upper clad over the second waveguide core.
  • an optical element it is possible to provide an optical element, an optical integrated element, and a method for manufacturing an optical element that suppress higher-order modes and emit resin curing light having a Gaussian distribution or an intensity distribution close to a Gaussian distribution.
  • a low-loss SWW core having a long length (about mm) and a constant core diameter.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an optical device according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 2A is a top cross-sectional see-through view showing the configuration of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a II-II' sectional view showing the configuration of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2C is a II-II' sectional view showing an example of the configuration of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional top view showing the configuration of the mode filter of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional top view showing an example of the configuration of the mode filter of the optical element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a top cross-sectional see-through view showing the configuration of an optical element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side sectional view showing the configuration of an optical element according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing an example of the configuration of an optical element according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of an optical device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a top cross-sectional see-through view showing the configuration of an optical element according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top cross-sectional see-through view showing an example of the configuration of an optical element according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a top cross-sectional see-through view showing the configuration of an optical element according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a top cross-sectional see-through view showing the configuration of an optical integrated device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a top cross-sectional see-through view showing the configuration of a conventional optical element.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV' showing the configuration of a conventional optical element.
  • FIG. 15 is an XV-XV' sectional view showing the configuration of a conventional optical element.
  • FIG. 1 An optical device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 An optical device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 An optical device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 An optical device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the optical element 10, and the top cross-sectional perspective view of FIG.
  • the “top cross-sectional perspective view” below is a cross-sectional perspective view whose cross section is a horizontal plane crossing the second waveguide core 12 .
  • the optical device 10 includes a first waveguide core 11 and a second waveguide, and a mode field converter 13 arranged in the first waveguide core 11 and a mode filter arranged in the second waveguide core 12. 14 and an optical multiplexer/demultiplexer 15 that connects the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 .
  • the first waveguide core 11 is indicated by a broken line
  • the second waveguide core 12 is indicated by a solid line.
  • the optical element 10 has an incident end face 16_1 on which resin curing light 3 is incident from an optical element for resin curing light (for example, an optical fiber for resin curing light) 1, and a resin curing light 3 and a signal from the second waveguide core 12. and an emission end surface 16_2 for emitting light 4 (described later).
  • an optical element for resin curing light for example, an optical fiber for resin curing light
  • an emission end surface 16_2 for emitting light 4 (described later).
  • the second waveguide core 12 includes a core waveguide structure (one core waveguide structure) that covers the mode field conversion portion 13 and has an output end face 16_2, and a core waveguide structure (other core waveguide structure) that has an incident end face 16_1. ), and one core waveguide structure and another core waveguide structure are optically connected in the optical multiplexer/demultiplexer 15 .
  • the optical multiplexing/demultiplexing unit 15 has a distance of several tens of ⁇ m from the mode field conversion unit 13 to the base end side of the first waveguide core (signal light input side). It is desirable to place them at positions separated by at least
  • an optical element for resin curing light for example, for resin curing light
  • Resin curing light 3 is incident on the incident end surface 16_1 of the second waveguide core 12 of the optical element 10 from the optical fiber 1, propagates through the second waveguide core 12 (another core waveguide structure), and optically multiplexes and demultiplexes. It is coupled to the second waveguide core 12 (one core waveguide structure) at the portion 15 .
  • the resin curing light 3 is emitted from the output end face 16_2 of the second waveguide core 12 of the optical element 10, and the SWW material (not shown) placed in contact with the output end face 16_2 is irradiated with the resin curing light 3. .
  • the signal light 4 is incident on the optical element 10 from the optical functional element 2 optically connected to the optical element 10 via the first waveguide core 11 . After that, the signal light 4 propagates through the first waveguide core 11, transitions from the first waveguide core 11 to the second waveguide core 12 in the mode field converter 13, and exits from the output end face 16_2 of the second waveguide core 12. emitted from
  • silicon oxide SiO 2
  • other materials may be used as long as they play a role as clads.
  • the first waveguide core 11 has a mode field converter 13 and is covered with the second waveguide core 12. As shown in FIG. 2B, the first waveguide core 11 has a mode field converter 13 and is covered with the second waveguide core 12. As shown in FIG.
  • the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 may be arranged at positions where they can be optically coupled.
  • first waveguide core 11 is covered with the second waveguide core 12 via SiO 2 .
  • a dielectric other than 2 may be used.
  • Si is used as the first waveguide core 11
  • SiON or the like made by adding nitrogen to silicon oxide is used as the second waveguide core 12.
  • InP may be used as the first waveguide core 11 and SiOx, a resin material, or the like may be used as the second waveguide core 12 .
  • the refractive index of the first waveguide core 11 should be higher than the refractive index of the second waveguide core 12 .
  • the second waveguide core 12 covers the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 is transparent to visible light.
  • the structure including the first waveguide core 11, the second waveguide core 12, and the mode field converter 13 is a structure that adiabatically transitions light to cores having different cross-sectional areas. That is, the mode field converter 13 can couple waveguides having different MFDs with low loss.
  • the mode field converter 13 As the core width gradually narrows toward the tip of the tapered portion of the first waveguide core 11, the light confinement of the signal light confined in the first waveguide core 11 becomes weaker. , the MFD gradually expands into the second waveguide core 12 .
  • the signal light transitions to the mode of light propagating inside the second waveguide core 12 and propagates inside it.
  • the signal light that has transited to the second waveguide core 12 is emitted from the emission end face of the optical element 10 .
  • the mode field conversion part 13 is covered with the second waveguide core 12, and so on. Due to the configuration of waveguides, the mode of light transitions between the waveguides and the signal light can be propagated as described above.
  • the mode field converter 13 may have a tapered structure having a three-pronged tip, other than the simple tapered structure in which the core width becomes narrower as it approaches the tip of the first waveguide core 11 shown in FIG. 2A. may
  • the mode filter 14 is arranged in the second waveguide core 12 between the tip of the first waveguide core 11 and the output end face 16_2.
  • an example of being arranged in a part between the tip of the first waveguide core 11 and the output facet 16_2 is shown, but it is arranged in the entire area between the tip of the first waveguide core 11 and the emission facet 16_2.
  • width modulation structures such as Bragg gratings 141 are provided on both side surfaces of the second waveguide core 12, as shown in FIGS.
  • width modulation structures such as Bragg gratings 141 are provided on both side surfaces of the second waveguide core 12
  • the optical element can be operated even if it is provided on one side surface.
  • the mode filter 14 suppresses higher-order modes of the resin curing light 3 and makes the intensity distribution of the resin curing light 3 on the core end face (output end face 16_2) closer to the Gaussian distribution.
  • the optical functional element 2 is an optical element having an arbitrary function, such as an optical switch or LD.
  • the resin curing light optical element 1 is an optical element having a function of coupling the resin curing light 3 to the chip.
  • it is an optical fiber for resin curing light that inputs the resin curing light 3 to the second waveguide core 12 .
  • the optical element 1 for resin curing light may have any structure as long as it has a structure that couples the resin curing light 3 to a known chip.
  • a Bragg grating 141 is provided on the side surface of the second waveguide core 12 as an example of the shape modulation structure.
  • the intensity distribution of higher-order modes in a waveguide has an optical electric field intensity peak in a region away from the center of the core of the waveguide. Further, the scattering loss of light in this region increases as the optical electric field intensity increases in a propagation region having a steep waveguide structure change such as sidewall roughness (unevenness).
  • the second waveguide core 12 has a shape that causes (induces) scattering with Bragg gratings 141 on its side surfaces, as shown in FIGS. A strong scattering loss can be generated for the higher-order mode of the resin curing light 3 that is used.
  • the Bragg grating 141 on the side surface of the second waveguide core 12 as an example of the shape modulation structure, a strong scattering loss can be induced for the high-order mode of the resin curing light 3 .
  • the high-order mode of the resin curing light 3 is suppressed, the intensity distribution of the low-order mode becomes stronger than that of the high-order mode, and an intensity distribution close to Gaussian distribution can be obtained.
  • the shape of the shape modulation structure formed on the side surface of the second waveguide core 12 may be a wavy shape 142 as shown in FIG.
  • the shape modulation structure may be a structure in which the width of the second waveguide core 12 is modulated and a structure in which the side surface of the second waveguide core 12 induces light scattering.
  • the sidewall roughness of the waveguide generated in the waveguide formation process in the manufacturing process of the optical element can be used as it is.
  • the entire second waveguide core 12 is formed at once, it is difficult to form sidewall roughness only in a predetermined region and suppress higher-order modes of propagating light. .
  • sidewall roughness is small compared to higher order modes, but also causes loss of lower order modes of propagating light.
  • loss occurs not only in resin curing light (visible light) but also in signal light, which is light in the communication wavelength band. Therefore, as shown in FIG. 3, a configuration in which a grating or the like is formed in a predetermined region of the second waveguide core 12 is desirable.
  • the Bragg grating 141 when used as the mode filter 14, strong reflection occurs in a predetermined wavelength band according to the period of the grating, so it is necessary to design the central wavelength of the reflection according to the application. For example, it is possible to suppress the influence on the signal light by adopting a structure that strongly reflects wavelengths apart from the wavelength of the signal light. Also, the reflection band, reflectance, etc. can be adjusted by designing the width and period of the grating 141 . Moreover, the same effect can be obtained if the structure has a waveguide shape modulation regardless of the width or period of the grating 141 .
  • the light intensity distribution in the waveguide was calculated for the configuration in which the Bragg grating 141 was formed on the side surface of the waveguide as the mode filter 14 of the optical element 10 .
  • two-dimensional FDTD (finite-difference time-domain method) software product name: ANSYS Lumerical FDTD solution, vendor: ANSYS
  • SiN silicon nitride
  • the grating 141 has a waveguide width W1 of 0.55 ⁇ m and a grating depth d of 0.045 ⁇ m.
  • the width W1 of the wide portion (convex portion of the grating) of the waveguide is 0.55 ⁇ m
  • the width W2 of the narrow portion (concave portion of the grating) is 0.46 ⁇ m.
  • the grating period P is 0.32 ⁇ m
  • the duty ratio (the ratio of the length L of the convex portion to the period P) is 0.5.
  • the normalized transmittance of the light intensity distribution in the waveguide is from the waveguide core center to the waveguide side, i.e., the lowest order Assuming that the modes are 0th-order mode, 1st-order mode, and 2nd-order mode, the 0th-order mode, 1st-order mode, and 2nd-order mode are 100%, respectively.
  • the effective refractive index of the mode decreases from the low-order mode to the high-order mode.
  • the normalized transmittance is 95% for the 0th order mode, 50% for the 1st order mode, and 1% for the 2nd order mode. % or less.
  • the optical device 10 by using the Bragg grating 141 formed on the side surface of the waveguide as the mode filter 14, the intensity of the optical mode in the region distant from the core center of the waveguide is suppressed, that is, the multi-mode By suppressing the mode, the intensity distribution of the propagating light can be made closer to the Gaussian distribution.
  • the optical element according to the present embodiment it is possible to provide an optical element that suppresses higher-order modes and emits resin curing light having a Gaussian distribution or an intensity distribution close to a Gaussian distribution.
  • an optical device that emits resin-curing light having a distribution in which the intensity is high at the center of the core and decreases toward the sides of the core.
  • a low-loss SWW core having a long length (about mm) and a constant core diameter.
  • the diameter of the SWW core formed by conventional optical elements was constant and the limit was 100 ⁇ m.
  • the optical element 10 according to the present embodiment it is possible to form an SWW core having a constant diameter of 1 mm or more, and a long low-loss SWW core can be formed.
  • the material of the lower clad 18 is deposited on the substrate, and the material of the first waveguide core 11 is deposited thereon.
  • Si is used as the material of the substrate
  • SiO 2 is used as the material of the lower clad 18
  • Si or the like is used as the material of the first waveguide core 11 .
  • Si which is the material of the first waveguide core 11 , into the first waveguide core 11 .
  • a material for the second waveguide core 12, such as SiON, is deposited so as to cover the first waveguide core 11. Then, as shown in FIG.
  • SiON can be formed by adding nitrogen when forming a silicon oxide film.
  • SiON is processed into the second waveguide core 12 using normal photolithography.
  • etching dry etching, etc.
  • a hard mask such as an oxide film produced by photolithography, electron beam exposure technology, or the like, to form the second waveguide core.
  • a grating 141 pattern is formed on the 12 side surfaces.
  • an upper clad 17 is formed on the second waveguide core 12 so as to cover the second waveguide core 12 using silicon oxide (SiO 2 ) as a material, for example.
  • the concave-convex structure does not have to be arranged periodically, and the concave-convex structure is randomly arranged and the width of the waveguide is randomly modulated. may be configured.
  • the side surface of the waveguide may have a mosaic shape obtained based on an inverse calculation algorithm such as the wavefront matching method.
  • an inverse calculation algorithm such as the wavefront matching method.
  • a structure that increases only the coupling efficiency of an arbitrary mode can be designed by the algorithm, which is effective for designing the mode filter 14 .
  • a multimode interference waveguide configuration may be used.
  • a multimode interference waveguide is an element that realizes an optical switch or multiplexing/demultiplexing function by using light interference in a wide waveguide.
  • the number of branches can be changed by setting the propagation length according to the intensity distribution at the time of interference in the wide waveguide section.
  • the change in intensity distribution during interference in the light propagation direction differs depending on the light mode determined by the waveguide width on the light input side. Therefore, by setting the propagation length so as to couple only to a desired low-order mode, the optical element can function as a mode filter.
  • a taper structure, an inverse taper structure, or a combination thereof used as a spot-size converter may be used. This is because, for example, by narrowing the waveguide width with a tapered shape, the optical electric field intensity per unit area of the waveguide width can be increased, so that the scattering due to the roughness of the sidewall of the waveguide is enhanced, and the scattering loss of the higher-order mode is reduced. can be increased.
  • a directional coupler type configuration may also be used.
  • another waveguide is adjacent to the second waveguide core through which the resin curing light 3 propagates and is emitted from the emission end surface 16_2. Since the effective refractive index between modes is different between the second waveguide core and the other waveguides, the coupling efficiency is different for each mode. Therefore, by setting a predetermined coupling length, the higher-order mode of the resin curing light 3 propagating through the second waveguide core is coupled to another waveguide, thereby making the resin curing light propagating through the second waveguide core 3 higher order modes can be reduced.
  • a higher-order mode of the resin curing light 3 may be coupled to another waveguide, and the resin curing light 3 may be emitted from the end face of the other waveguide.
  • the mode filter of the optical element may be configured by combining a plurality of mode filters. Mode filters of different forms shown in the present embodiment and modifications may be combined.
  • the mode filter may have a shape in which the mode filters shown in FIGS. 3 and 4 are connected. Thereby, a higher effect can be exhibited as a mode filter.
  • the mode filter of the optical element may have a structure that functions as another mode filter.
  • FIG. 5 An optical device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 5 An optical device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 5 An optical device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 5 An optical device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • the optical device 20 includes a grating coupler as the mode filter 24 and a thickness modulation structure as a shape modulation structure on the upper surface of the second waveguide core 12.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI' in the top view shown in FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the shape modulation structure in the mode filter 24 is the grating 241, which has an uneven structure on the upper surface of the second waveguide core 12, that is, a structure in which the thickness is modulated.
  • the grating 241 By forming the grating 241 on the upper surface of the second waveguide core 12 in the optical element 20, a strong scattering loss can be induced for the higher-order modes of the resin curing light 3, as in the first embodiment. As a result, the high-order mode of the resin curing light 3 is suppressed, the intensity distribution of the low-order mode becomes stronger than that of the high-order mode, and an intensity distribution close to Gaussian distribution can be obtained.
  • a propagation mode in which the intensity distribution of a predetermined mode is rotated by 90 degrees with the center of the core as the center of rotation.
  • a higher-order mode A having a strong electric field intensity near the interface between the side surface of the waveguide core and the clad in the width direction of the waveguide core, and in the thickness direction of the waveguide core A higher-order mode B having a strong electric field intensity exists near the interface between the top surface of the waveguide core and the upper clad 17 and between the bottom surface of the waveguide core and the lower clad 18 .
  • the high-order mode A while a strong scattering loss is induced in the high-order mode A, in the high-order mode B, there is no scattering factor such as a grating in the region where the electric field intensity of the light is high. , with small scattering loss.
  • the grating 241 is arranged on the upper surface of the second waveguide core 12, a strong scattering loss can be induced for the high-order mode B.
  • the higher-order mode is suppressed in the thickness direction of the second waveguide core 12, and the resin curing light 3 having the Gaussian distribution or the intensity distribution close to the Gaussian distribution It is possible to provide an optical element that emits As a result, it is possible to form a low-loss SWW core having a long length (about mm) and a constant core diameter.
  • the grating is provided at the interface between the upper surface of the second waveguide core 12 and the upper clad 17, but the grating is provided at the interface between the bottom surface of the second waveguide core 12 and the lower clad 18.
  • the material of the lower clad 18 is deposited on the substrate, and the material of the first waveguide core 11 is deposited thereon.
  • Si is used as the material of the substrate
  • SiO 2 is used as the material of the lower clad 18
  • Si or the like is used as the material of the first waveguide core 11 .
  • a grating pattern is formed on the upper surface of Si, which is the material of the first waveguide core 11, using a hard mask such as an oxide film.
  • a grating 241 is formed on the upper surface of Si, which is the material of the first waveguide core 11 .
  • Si which is the material of the first waveguide core 11 , into the first waveguide core 11 .
  • a material for the second waveguide core 12 such as SiON, is laminated.
  • SiON can be formed by adding nitrogen when forming a silicon oxide film.
  • SiON is processed into the second waveguide core 12 using normal photolithography.
  • an upper clad is formed on the second waveguide core 12 so as to cover the second waveguide core 12 using silicon oxide as a material.
  • ⁇ Modification> an example of using a grating formed on the upper surface of the waveguide as a mode filter in the optical element 20 is shown, but other configurations may be used.
  • a material other than the material of the second waveguide core 12 may be used to form another structure that induces scattering in the vicinity of the upper surface of the second waveguide core 12.
  • a metal diffraction grating (grating) 242 made of metal such as aluminum (Al) may be formed near the upper surface of the second waveguide core 12 .
  • a grating made of a SiN material that can be integrated on a Si waveguide may be formed.
  • the grating is provided at the interface between the upper surface of the second waveguide core 12 and the upper clad 17, but the grating is provided at the interface between the bottom surface of the second waveguide core 12 and the lower clad 18.
  • mode filters may be fabricated on both the top surface and the bottom surface.
  • gratings may be formed on four sides, ie, both side surfaces, top surface, and bottom surface of a rectangular waveguide core.
  • FIG. 9 and 10 show enlarged top views showing the configuration of the mode filters 34 and 34_2.
  • the optical device 30 includes a first waveguide core 11 and a second waveguide, and a mode field conversion section arranged in the first waveguide core 11. 13 , a mode filter 34 arranged in the second waveguide core 12 , and an optical multiplexing/demultiplexing section 15 connecting the first waveguide core 11 and the second waveguide core 12 .
  • the mode filter 34 is arranged between the incident end surface 16_1 of the second waveguide core 12 on which the resin curing light 3 is incident and the optical multiplexing/demultiplexing section 15 .
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the mode filter 34 has a Bragg grating on the side surface of the second waveguide core 12 .
  • mode filter 34 is a shape (width) modulation structure.
  • the width modulation waveguide in the second waveguide core 12 through which only the resin curing light 3 propagates, the width modulation waveguide can be prevented from affecting the signal light.
  • the center wavelength of this reflected light is Influence on signal light can be suppressed by adopting a structure that exhibits strong reflection.
  • the mode filter is arranged in the waveguide through which only the resin curing light 3 propagates, it is possible to avoid the influence of the mode filter's scattering on the signal light.
  • optical element similarly to the first and second embodiments, higher-order modes are suppressed, and resin curing light 3 having a Gaussian distribution or an intensity distribution close to a Gaussian distribution is emitted.
  • An optical element can be provided. As a result, it is possible to form a low-loss SWW core having a long length (about mm) and a constant core diameter. Furthermore, it is possible to avoid the influence of the mode filter on the signal light.
  • a mode filter may be arranged both between the output end face 16_2 and the mode field conversion section 13 and between the incident end face 16_1 and the optical multiplexing/demultiplexing section 15 . This makes it possible to give even greater losses to higher-order modes.
  • a structure using a grating coupler 342 for the mode filter 34_2 may be used.
  • a width modulation waveguide provided with a Bragg grating on the side surface of the waveguide or a thickness modulator such as a grating coupler may be used.
  • mode filters may be arranged.
  • the mode filter 44 is arranged in the second waveguide core 12 between the tip of the first waveguide core 11 and the output end face 16_2, and the mode filter 44 comprises a continuous bending waveguide 441 .
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the radiation loss of higher-order modes of propagating light is large. Therefore, by using the bending waveguide 441 as the mode filter 44 in the second waveguide core 12 , radiation loss can be induced (produced) for the higher-order modes of the resin curing light 3 . As a result, the emitted light of the resin curing light 3 can obtain an intensity distribution close to a Gaussian distribution.
  • optical element 40 similarly to the first and second embodiments, higher-order modes are suppressed, and resin curing light having a Gaussian distribution or an intensity distribution close to a Gaussian distribution is emitted.
  • An optical element can be provided. As a result, it is possible to form a low-loss SWW core having a long length (about mm) and a constant core diameter.
  • the bent waveguide 441 of the mode filter 44 may be arranged between the optical multiplexer/demultiplexer 15 and the incident end surface 16_1 in the second waveguide core 12 .
  • the configuration is not limited to that shown in this embodiment, and the mode filter may be a waveguide having a plurality of bent portions.
  • the number of curved portions of the curved waveguide is not limited as long as the effect as a mode filter is exhibited.
  • the bending waveguide may be designed in consideration of the effect as a mode filter, the element size, and the like.
  • the optical integrated device 50 includes the optical device 10 according to the first embodiment, an optical fiber (optical fiber for signal light) 52, and an optical connection portion 53. Prepare.
  • the output end face 16_2 of the optical element 10 is connected to the end face of the optical fiber 52 via the optical connection portion 53 .
  • the optical connection portion 53 is composed of an SWW core 531 and an SWW clad 532 surrounding the SWW core 531 .
  • the optical element 10 and the optical fiber 52 are arranged, and the center of the optical fiber 52 is aligned with the center of the second waveguide core 12 (on the output end surface 16_2 side) of the optical element 10 .
  • an SWW material photocurable resin
  • resin curing light is incident on the incident end face 16_1 of the optical element 10 from the optical fiber for resin curing light, propagates through the second waveguide core 12 of the optical element 10, is emitted from the exit end face 16_2, and is formed from the SWW material (light curable resin).
  • the refractive index of the portion of the photocurable resin that is irradiated with the resin curing light changes and is cured, forming the SWW core 531 .
  • the core of the optical fiber 52 and the second waveguide core 12 of the optical element 10 are connected.
  • the SWW clad 532 is formed around the SWW core 531 .
  • the adhesive resin (SWW clad material) is dropped and cured by light irradiation to form the SWW clad 532 .
  • a resin that is a mixture of a resin that cures at the first wavelength ( ⁇ 1) and a resin that cures at the second wavelength ( ⁇ 2) is placed in the gap between the optical fiber 52 and the second waveguide core 12 of the optical element 10.
  • the portion cured by irradiation with light of wavelength ⁇ 1 may be used as SWW core 531, and then the portion around SWW core 531 may be cured by irradiation of light of wavelength ⁇ 2 to form SWW clad 532.
  • the resin curing light contributing to the formation of the SWW core 531 has a Gaussian distribution or a Gaussian distribution. , it is possible to form a low-loss SWW core with a long length (about mm) and a constant core diameter.
  • the optical integrated device according to the present embodiment has favorable characteristics, in which optical connections between integrated optical devices (for example, between an optical device and an optical fiber) can be easily made with low loss.
  • an example of connecting an optical element to an optical fiber (optical fiber for signal light) through an SWW core is shown, but the present invention is not limited to this, and is connected to an optical waveguide element having an optical waveguide other than an optical fiber. You may
  • optical element according to the first embodiment is used in this embodiment, the optical elements according to the second to fourth embodiments may be used.
  • Si, SiN, and silicon oxide (SiO 2 ) as materials constituting the optical element have been shown, but other materials such as compound semiconductors and dielectrics may also be used.
  • the present invention relates to an optical element for connecting optical elements, an optical integrated element, and a method for manufacturing an optical integrated element, and can be applied to optical communication devices and optical communication network systems.
  • optical element 11 first waveguide core 12 second waveguide core 13 mode field converter 14 mode filter 15 optical multiplexer/demultiplexer 16_1 incident end surface 16_2 output end surface

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Abstract

本発明の光素子（１０）は、光導波路素子と自己形成導波路を介して接続する光素子であって、信号光が伝搬する第１の導波路コア（１１）と、少なくとも樹脂硬化光が伝搬する第２の導波路コア（１２）と、第２の導波路コアの一部に配置されるモードフィルタ（１４）とを備え、第１の導波路コアの屈折率が、第２の導波路コアの屈折率より大きく、第１の導波路コアがモードフィールド変換部（１３）を有し、少なくともモードフィールド変換部が、第２の導波路コアと光学的に結合され、第２の導波路コアが、複数のコア導波路構造から構成され、一のコア導波路構造が、モードフィールド変換部を覆い、信号光と樹脂硬化光が出射する出射端面を備え、他のコア導波路構造が、樹脂硬化光が入射する入射端面を備え、一のコア導波路構造と光学的に接続する。　これにより、本発明の光素子は、低損失の光接続を提供できる。

Description

光素子、光集積素子および光素子の製造方法
　本発明は、光素子を接続するための光素子、光集積素子および光素子の製造方法に関する。
　光通信ネットワークの進展に伴い光通信デバイスの高機能化、経済化が求められている。光通信デバイスとして、ドライバ、スイッチ、電気増幅回路などの電気素子や、半導体レーザ、光スイッチ、光ファイバなどの光素子が必要となる。
　ここで、それぞれの光素子をディスクリートに接続する光接続工程において、低損失な光接続の実現には、光素子間の精密な位置決めが重要である。そのため、例えば汎用的に用いられている光コネクタなどにおいても、導波路コア間の光軸ずれを１μｍ以下とする高精度な部品が使用されている。このように、光通信デバイスを製造する上で、厳しい公差を考慮した設計・精密部品が重要となる。
　とくに、ＳｉＰｈ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）は、光実装の位置決め精度を課題としている。ＳｉＰｈは半導体材料をコアとした光デバイスであり、超小型かつ経済性の高い光回路を作製可能なだけでなく、電気回路素子との高密度集積も可能である。
　しかしながら、ＳｉＰｈにおいては、従来のＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ　ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ）に代表される石英系コアのデバイス以上の接続時の位置決め精度や厳しい公差が要求され、光接続の工程負荷が増大することが問題となっている。これは、光のモードフィールド径（Ｍｏｄｅ　ｆｉｌｅｄ　ｄｉａｍｅｔｅｒ、以下「ＭＦＤ」という。）が小さいほど光接続時の公差要求が厳しくなるため、微小なＭＦＤをもつ半導体系光回路デバイスであるＳｉＰｈの光接続には、より高精度な位置決め技術が必要とされるからである。
　一方、ＭＦＤを拡大することで、位置決め精度を緩和できる。しかしながら、ＳｉＰｈにおいては製造時の各層の膜厚が制約され、半導体導波路特有の高屈折率により導波路側壁粗さに起因した高い損失が生じるので、従来のＰＬＣなどに代表される光素子と比較して、一般的な光ファイバと同等の低損失かつ高歩留まりのＭＦＤを得ることは難しい。
　そこで、従来の光ファイバの１０μｍ程度のＭＦＤより小さい４μｍ程度のＭＦＤに光素子（チップ）と光ファイバのＭＦＤを変換する方法が、低損失の光接続に用いられる。しかしながら、この方法を用いた場合、ＭＦＤが小さいのでサブミクロン程度の高い位置決め精度が必要とされるため、光接続時の位置決め精度や光部品に求められる公差が厳しくなる。
　この接続に必要な位置決め精度を緩和できる技術として、自己形成導波路（Ｓｅｌｆ－ｗｒｉｔｔｅｎ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ、以下、「ＳＷＷ」という。）が開示されている（非特許文献１）。
　本技術は、光硬化性の樹脂を用いた光接続技術であり、以下のように、導波路コアと導波路コアとの間を接続することができる。ここで、少なくとも一方の導波路コア端面からは光通信の信号光として使われる光（以下、「信号光」という。）が出射される。
　ＳＷＷの形成において、初めに、導波路コア間の間隙に光硬化性樹脂を滴下する。
　次に、両方又はいずれか一方の導波路コアから光硬化性樹脂を硬化するための光である樹脂硬化光を照射する。このとき、光硬化性樹脂の特性である光の強度が高い箇所から順次硬化する性質のために、それぞれの導波路コア端面から順次ＳＷＷのコア（以下、「ＳＷＷコア」という。）が形成される。これにより、導波路コアの端面にＳＷＷコアが形成される。
　また、樹脂硬化光の伝搬経路に従ってＳＷＷコアが形成されるので、導波路コア間に光軸ずれが生じても、光軸ずれを補償するようにＳ字曲げ形状のＳＷＷコアが形成され、低損失な光接続が実現できる。
　最後に、必要に応じて、光硬化性樹脂の未硬化部分を洗浄するなど除去した後に、除去後の部分（ＳＷＷコア周囲）にクラッド用の樹脂を滴下し適宜硬化させることでＳＷＷのクラッド（以下、「ＳＷＷクラッド」という。）を形成して、ＳＷＷによる接続は完了する。
　このように、本技術は、導波路コア間の接続損失の要因である導波路コア間の間隙や光軸ずれ下にあっても、低損失な接続が実現できる軸ずれ補償効果を有する。したがって、ＳＷＷによる光接続技術は、光デバイスを構成する部品への公差要求を緩和でき、簡易な光集積や高歩留まりかつ低損失な実装を実現できる。
　また、ＳＷＷの形成過程により、異なるＭＦＤを持つ導波路コア間の接続に欠かせない、ＳＳＣ（Ｓｐｏｔ－ｓｉｚｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を形成可能である。これは、ＭＦＤが小さいＳｉＰｈチップへの光ファイバ実装において有用である。
　ＳＷＷは、図１３に示す構成を有する光素子６０を用いて作製される。光素子６０は、第１導波路コア６１と、第１導波路コア６１を覆うように形成される第２導波路コア６２とを備える。
　また、光素子６０は、光合分波部６５を備える。光合分波部６５は、第２導波路コア６２に対して樹脂硬化光３を結合する、又は分岐する。光合分波部６５は、第１導波路コア６１と、第１導波路コア６１の一端部に作製されているモードフィールド変換部６３と、それを覆う第２導波路コア６２によって構成されている。モードフィールド変換部６３によって、第１導波路コア６１と第２導波路コア６２間を信号光４が遷移する。
　図１４、図１５それぞれに、図１３におけるＸＩＶ－ＸＩＶ’断面図とＸＶ－ＸＶ’断面図を示す。光合分波部６５では、下部クラッド６８上にフォトリソグラフィなどによって第１導波路コア６１が形成される。また、第１導波路コア６１を覆うように第２導波路コア６２が形成され、その上面を覆うように上部クラッド６７が形成されている。
　光合分波部６５の断面は、ＸＩＶ－ＸＩＶ’断面のように第２導波路コア６２のみで形成されている部分（図１４）と、ＸＶ－ＸＶ’断面のように第１導波路コア６１を有する部分（図１５）の２つの部分によって構成されている。
　ＳｉＰｈチップ（光素子）においては、ＳｉＰｈに集積可能かつ、ＳＷＷに用いられる可視光に対して透明な導波路材料を用いることで導波路端面からの可視光の出射を実現している。これは、ＳｉＰｈのＳｉ導波路では、樹脂硬化光３（主に可視光）が材料吸収の影響によりほとんど伝搬できないため、別の透明な材料を利用することでＳＷＷの適用を実現しているためである。
　このように、ＳｉＰｈチップ（光素子）は光合分波部６５を備え、ＳＷＷによる光接続上重要である、信号光（光通信に用いられる波長帯の光）４と樹脂硬化光３とを同じ導波路コアに結合できる。光合分波部６５には、例えばＹ分岐構造等を用いることができる。光合分波部６５を用いることで、外部から樹脂硬化光３を信号光４と同じ導波路（第２導波路コア６２）に結合しＳｉＰｈチップ端面からの樹脂硬化光３を出射できる。
広瀬 直弘他、「自己形成導波路による光簡易接続技術, エレクトロニクス実装学会誌, Vol.5, No.5, (2002)．
　ＳＷＷによる光接続において、ＳＷＷコアを長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状に形成するためには、樹脂硬化光の強度分布が、ガウシアン分布またはガウシアン分布に近似した分布であることが必要である。換言すれば、樹脂硬化光は、その強度がコア中心で高く、コアの側面に向かうに従い減少する分布を有する必要がある。
　しかしながら、通常の上述の光素子において、信号光（主に近赤外光）をシングルモードとして伝搬させるために、第２導波路コアをＳｉＯＮ材料で構成する場合、第２導波路コアの幅は４μｍ程度、厚さは２μｍ程度で構成される。一方、この構成の第２導波路コアにおいて、樹脂硬化光はマルチモードで伝搬する。このとき、第２導波路コアの出射端面における樹脂硬化光のＮＦＰ（Ｎｅａｒ－ｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔｅｒｎ）は、単峰のガウシアン分布を有さず、出射端面で複数のピークからなる強度分布を有する。これは、樹脂硬化光が可視光、つまり通信波長帯よりも短い波長の光であることに起因する。
　また、導波路がマルチモード条件で構成される場合、導波路の曲げなどの小さな摂動の影響により、さらにマルチモード化する。
　このように、従来の光素子を用いてＳＷＷコアを形成する場合、ＳＷＷ材料に照射する樹脂硬化光の強度分布が複数のピークを有しガウシアン分布ではないため、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状のＳＷＷコアを形成することが困難であった。
　上述したような課題を解決するために、本発明に係る光素子は、光導波路素子と自己形成導波路を介して接続する光素子であって、信号光が伝搬する第１の導波路コアと、少なくとも樹脂硬化光が伝搬する第２の導波路コアと、前記第２の導波路コアの一部に配置されるモードフィルタとを備え、前記第１の導波路コアの屈折率が、前記第２の導波路コアの屈折率より大きく、前記第１の導波路コアがモードフィールド変換部を有し、少なくとも前記モードフィールド変換部が、前記第２の導波路コアと光学的に結合できる位置に配置され、前記第２の導波路コアが、複数のコア導波路構造から構成され、一のコア導波路構造が、前記モードフィールド変換部を覆い、前記信号光と前記樹脂硬化光が出射する出射端面を備え、他のコア導波路構造が、前記樹脂硬化光が入射する入射端面を備え、前記一のコア導波路構造と光学的に接続することを特徴とする。
　また、本発明に係る光素子の製造方法は、基板上の下部クラッドの上に、第１導波路コアの材料を堆積する工程と、前記第１導波路コアの材料を、第１導波路コアに加工する工程と、前記第１導波路コアを覆うように、第２導波路コアの材料を堆積する工程と、前記第２導波路コアの材料を、モードフィルタを有する第２導波路コアに加工する工程と、前記第２導波路コアを覆うように、上部クラッドを堆積する工程とを備える。
　本発明によれば、高次モードが抑制され、ガウシアン分布又はガウシアン分布に近い強度分布を有する樹脂硬化光を出射させる光素子、光集積素子および光素子の製造方法を提供できる。その結果、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子の構成を示すブロック図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る光素子の構成を示す上面断面透視図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る光素子の構成を示すＩＩ－ＩＩ’断面図である。 図２Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る光素子の構成の一例を示すＩＩ－ＩＩ’断面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子のモードフィルタの構成を示す上面断面図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光素子のモードフィルタの構成の一例を示す上面断面図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光素子の構成を示す上面断面透視図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る光素子の構成を示す側面断面図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態に係る光素子の構成の一例を示す側面断面図である。 図８は、本発明の第３の実施の形態に係る光素子の構成を示すブロック図である。 図９は、本発明の第３の実施の形態に係る光素子の構成を示す上面断面透視図である。 図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る光素子の構成の一例を示す上面断面透視図である。 図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る光素子の構成を示す上面断面透視図である。 図１２は、本発明の第５の実施の形態に係る光集積素子の構成を示す上面断面透視図である。 図１３は、従来の光素子の構成を示す上面断面透視図である。 図１４は、従来の光素子の構成を示すＸＩＶ－ＸＩＶ’断面図である。 図１５は、従来の光素子の構成を示すＸＶ－ＸＶ’断面図である。
＜第１の実施の形態＞
　本発明の第１の実施の形態に係る光素子について、図１～図４を参照して説明する。
＜光素子の構成＞
　図１、２に、本実施の形態に係る光素子１０の構成を示す。図１は、光素子１０の構成を示すブロック図であり、図２の上面断面透視図は、第２導波路コア１２を横切る水平面を断面とする断面透視図である。以下の「上面断面透視図」は、第２導波路コア１２を横切る水平面を断面とする断面透視図である。
　光素子１０は、第１導波路コア１１と、第２導波路とを備え、第１導波路コア１１に配置されるモードフィールド変換部１３と、第２導波路コア１２に配置されるモードフィルタ１４と、第１導波路コア１１と第２導波路コア１２とを接続する光合分波部１５とを備える。ここで、図１において、第１導波路コア１１を破線で、第２導波路コア１２を実線で示す。
　また、光素子１０は、樹脂硬化光用光素子（例えば樹脂硬化光用光ファイバ）１より樹脂硬化光３が入射される入射端面１６＿１と、第２導波路コア１２より樹脂硬化光３と信号光４（後述）とを出射する出射端面１６＿２とを備える。
　光素子１０において、第２導波路コア１２は、モードフィールド変換部１３を覆い出射端面１６＿２を備えるコア導波路構造（一のコア導波路構造）と、入射端面１６＿１を備えるコア導波路構造（他のコア導波路構造）とを備え、光合分波部１５で一のコア導波路構造と他のコア導波路構造とが光学的に接続される。
　ここで、光合分波部１５は、信号光のモードフィールド変換機能への影響を抑えるため、モードフィールド変換部１３から第１導波路コアの基端側（信号光の入力側）に数十μｍ以上離れた位置に配置することが望ましい。
　光素子１０において、出射端面１６＿２にＳＷＷを形成して他の光素子（例えば通信用光ファイバ、）と接続して光集積素子を製造するときには、樹脂硬化光用光素子（例えば樹脂硬化光用光ファイバ）１より、光素子１０の第２導波路コア１２の入射端面１６＿１に樹脂硬化光３が入射され、第２導波路コア１２（他のコア導波路構造）を伝搬し、光合分波部１５で第２導波路コア１２（一のコア導波路構造）に結合する。引き続き、光素子１０の第２導波路コア１２の出射端面１６＿２から樹脂硬化光３が出射され、出射端面１６＿２に接して配置されるＳＷＷ材料（図示せず）に樹脂硬化光３が照射される。
　また、光素子１０を通信用デバイスとして用いる場合には、光素子１０に、第１導波路コア１１を介して光学的に接続する光機能素子２から、信号光４が入射される。その後、信号光４は、第１導波路コア１１を伝搬し、モードフィールド変換部１３で第１導波路コア１１から第２導波路コア１２に遷移し、第２導波路コア１２の出射端面１６＿２より出射される。
　ここで、上部クラッド１７、下部クラッド１８には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用い、クラッドとしての役割を果たせば他の材料であってもよい。
　詳細には、光素子１０において、図２Ｂの断面図に示すように、第１導波路コア１１は、モードフィールド変換部１３を備え、第２導波路コア１２に覆われる。
　または、図２Ｃの断面図に示すように、第１導波路コア１１の上方に、ＳｉＯ２を介して第２導波路コア１２が配置される構成で、第１導波路コア１１が、第２導波路コア１２に覆われてもよい。ここで、第１導波路コア１１と第２導波路コア１２とが、それぞれ光学的に結合可能な位置に配置されればよい。
　ここで、第１導波路コア１１が、ＳｉＯ２を介して第２導波路コア１２に覆われる例を示したが、ＳｉＯ２に限らず、上部クラッド１７と同じ材料であってもよく、ＳｉＯ２以外の誘電体などを介してもよい。
　また、例えば第１導波路コア１１としてはＳｉ、第２導波路コア１２としては酸化シリコンに窒素を加えることで作製されるＳｉＯＮ等を用いる。
　または、第１導波路コア１１としてＩｎＰ、第２導波路コア１２としてＳｉＯｘや樹脂材料等を用いてもよい。
　ここで、第１の導波路コア１１の屈折率が、第２の導波路コア１２の屈折率より高ければよい。
　また、第１導波路コア１１を第２導波路コア１２が覆い、第２導波路コア１２が可視光に対して透明であればよい。
　第１導波路コア１１と第２導波路コア１２とモードフィールド変換部１３とを備える構造は、異なる断面積を持つコアに断熱的に光を遷移させる構造である。すなわち、モードフィールド変換部１３によって異なるＭＦＤを有する導波路間を低損失で結合できる。
　モードフィールド変換部１３において、第１導波路コア１１のテーパ部の先端に向かってコア幅が徐々に狭くなるにしたがって、第１導波路コア１１に閉じ込められた信号光は光の閉じ込めが弱くなり、ＭＦＤが徐々に第２導波路コア１２内に拡大する。
　引き続き、信号光は、第２導波路コア１２内を伝搬する光のモードに遷移し、その内部を伝搬する。これにより、第２導波路コア１２に遷移した信号光が、光素子１０の出射端面から出射される。
　ここで、第１導波路コア１１において、例えば、少なくともモードフィールド変換部１３が第２導波路コア１２に覆われている構成などの、光学的に結合可能な程度に近接している２本の導波路からなる構成により、導波路間で光のモードが遷移して、上述のように信号光を伝搬できる。
　また、モードフィールド変換部１３は、図２Ａに示す第１導波路コア１１の先端に近づくにつれてコア幅が細くなる単純なテーパ構造以外でも、３つ又の先端を有するテーパ構造などの構造であってもよい。
　モードフィルタ１４は、第２導波路コア１２において第１導波路コア１１の先端と出射端面１６＿２との間に配置される。ここでは、第１導波路コア１１の先端と出射端面１６＿２との間の一部に配置される例を示すが、第１導波路コア１１の先端と出射端面１６＿２との間の全域に配置されてもよい。
　モードフィルタ１４として、図２Ａ、３に示すように、ブラッググレーティング１４１等の幅変調構造を第２導波路コア１２の両方の側面に備える。ここで、ブラッググレーティング１４１を第２導波路コア１２の両方の側面に備える例を示すが、一方の側面に備えても光素子を動作できる。但し、樹脂硬化光３の強度分布の対称性を考慮すると、両面に備える構成が望ましい。
　モードフィルタ１４は、後述の通り、樹脂硬化光３の高次モードを抑制して、コア端面（出射端面１６＿２）における樹脂硬化光３の強度分布をガウシアン分布に近いものにする。
　光機能素子２は、任意の機能を持つ光素子であり、例えば光スイッチやＬＤである。
　樹脂硬化光用光素子１は、チップへ樹脂硬化光３を結合する機能を有する光素子である。例えば、第２導波路コア１２に樹脂硬化光３を入力させる樹脂硬化光用光ファイバである。樹脂硬化光用光素子１は、同様に公知のチップに樹脂硬化光３を結合する構造であればどのような構造でもよい。
＜光素子の作用＞
　光素子１０のモードフィルタ１４において、形状変調構造の一例として、第２導波路コア１２の側面にブラッググレーティング１４１を備える。
　通常、導波路における高次モードの強度分布は、導波路のコアの中心から離れた領域に光電場強度のピークを有する。また、この領域での光の散乱損失は、例えば側壁粗さ（凹凸）等の急峻な導波路構造の変化を有する伝搬領域において光電場強度が高いほど大きくなる。
　したがって、例えば図２Ａ、３に示すように、第２導波路コア１２が、その側面にブラッググレーティング１４１を備え、散乱を生じさせる（誘起する）形状を有する場合、第２導波路コア１２を伝播する樹脂硬化光３の高次モードに対して強い散乱損失を生じさせることができる。
　このように、形状変調構造の一例として、第２導波路コア１２の側面にブラッググレーティング１４１を形成することにより、樹脂硬化光３の高次モードに対して強い散乱損失を誘起できる。その結果、樹脂硬化光３の高次モードが抑制され、低次モードの強度分布が高次モードに比べて強くなり、ガウシアン分布に近い強度分布を得ることが可能となる。
　また、第２導波路コア１２の側面に形成する形状変調構造の形状は、図４に示すように、波状の形状１４２であってもよい。形状変調構造として、第２導波路コア１２の幅が変調する構造であって、第２導波路コア１２の側面で光散乱を誘起させる構造であればよい。
　また、第２導波路コア１２の側面に形成する形状変調構造に、光素子の製造工程における導波路の形成工程で生じる導波路の側壁粗さをそのまま用いることができる。ここで、通常の形成工程では、第２導波路コア１２全体を一括で形成するので、所定の領域にのみ側壁粗さを形成して、伝搬光の高次モードを抑制することは困難である。その結果、側壁粗さは高次モードと比較して小さいが、伝搬光の低次モードの損失も生じさせる。また、樹脂硬化光（可視光）だけではなく、通信波長帯の光である信号光に対しても損失を生じさせる。したがって、図３に示すように、第２導波路コア１２の所定の領域にグレーティング等を形成する構成が望ましい。
　また、モードフィルタ１４としてブラッググレーティング１４１を用いる場合、グレーティングの周期に応じて所定の波長帯で強い反射が生じるので、その反射の中心波長を用途に応じて設計する必要がある。例えば信号光の波長から離れた波長に対して強い反射を示す構造とすることで、信号光への影響を抑制できる。また、グレーティング１４１の幅や周期の設計によっても反射帯域や、反射率などを調整できる。また、グレーティング１４１の幅や周期によらず導波路形状の変調を有する構造であれば同様の効果を奏する。
＜効果＞
　本実施の形態に係る光素子１０の効果を、以下に説明する。
　光素子１０のモードフィルタ１４として導波路の側面にブラッググレーティング１４１が形成された構成について、導波路内の光強度分布を計算した。計算には、２次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ　ｍｅｔｈｏｄ）ソフトウェア（製品名：ＡＮＳＹＳ　ＬＵＭＥＲＩＣＡＬ　ＦＤＴＤ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ、販売元：ＡＮＳＹＳ社）を用い、ブラッググレーティング１４１を有する導波路の材料としてＳｉＮ（ｓｉｌｉｃｏｎ　ｎｉｔｒｉｄｅ）を用いた。
　グレーティング１４１の構成は、導波路の幅Ｗ１は０．５５μｍであり、グレーティングの深さｄは０．０４５μｍである。換言すれば、導波路で広い箇所（グレーティングの凸部）の幅Ｗ１が０．５５μｍ、狭い箇所（グレーティングの凹部）の幅Ｗ２が０．４６μｍである。グレーティング周期Ｐが０．３２μｍ、デューティ比（周期Ｐに対する凸部の長さＬの比率）が０．５である。
　比較のために、従来の（グレーティングを有さない）導波路構造において、導波路内の光強度分布における規格化された透過率は、導波路コア中心から導波路側面に向けて、すなわち最低次モードから高次モードに向けて、０次モード、１次モード、２次モードとすると、０次モード、１次モード、２次モードそれぞれ１００％である。ここで、低次モードから高次モードに向けて、モードの実効屈折率が減少する。
　一方、上述の計算の結果、導波路の側面にブラッググレーティングが形成された光導波路では、規格化された透過率は、０次モードが９５％、１次モードが５０％、２次モードが１％以下である。
　このように、光素子１０において、モードフィルタ１４として導波路の側面に形成されたブラッググレーティング１４１を用いることにより、導波路のコア中心から離れた領域での光モードの強度を抑制し、すなわちマルチモードを抑制して、伝搬光の強度分布をガウシアン分布に近い分布にすることができる。
　本実施の形態に係る光素子によれば、高次モードが抑制され、ガウシアン分布又はガウシアン分布に近い強度分布を有する樹脂硬化光を出射させる光素子を提供できる。換言すれば、その強度がコア中心で高く、コアの側面に向かうに従い減少する分布を有する樹脂硬化光を出射させる光素子を提供できる。その結果、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。
　例えば、従来の光素子により形成されるＳＷＷコアの径は、一定で１００μｍが限界であった。一方、本実施の形態に係る光素子１０によれば、１ｍｍ以上で一定の径を有するＳＷＷコアを形成でき、長尺で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。
＜光素子の製造方法＞
　本実施の形態に係る光素子１０の製造方法の一例を、以下に説明する。
　初めに、基板の上に、下部クラッド１８の材料を堆積し、その上に第１導波路コア１１の材料を堆積する。ここで、基板の材料としてＳｉ、下部クラッド１８の材料としてＳｉＯ２、第１導波路コア１１の材料としてはＳｉ等を用いる。
　次に、フォトリソグラフィを用いて、第１導波路コア１１の材料のＳｉを第１導波路コア１１に加工する。
　次に、第１導波路コア１１を覆うように、第２導波路コア１２の材料、例えばＳｉＯＮを堆積する。ここで、ＳｉＯＮは、酸化シリコン成膜時に窒素を加えることで形成できる。
　次に、通常のフォトリソグラフィを用いてＳｉＯＮを第２導波路コア１２に加工する。ここで、第２導波路コア１２に加工するときに、フォトリソグラフィ又は電子ビーム露光技術等により作製した酸化膜等のハードマスクを用いてエッチング（ドライエッチングな等）して、第２導波路コア１２の側面にグレーティング１４１のパタンを形成する。
　最後に、第２導波路コア１２上に、第２導波路コア１２を覆うように、上部クラッド１７を、材料に例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いて形成する。
＜変形例＞
　本実施の形態では、光素子１０において、モードフィルタ１４として導波路の側面に形成されたブラッググレーティング１４１を用いる例を示したが、他の構成を用いてもよい。
　本実施の形態では、周期的な凹凸構造を有するグレーティングを用いる例を示したが、凹凸は周期的に配置されなくてもよく、凹凸がランダムに配置され、導波路幅がランダムに変調される構成でもよい。
　また、導波路の側面に、波面整合法等の逆計算アルゴリズムに基づき得られるモザイク状の形状を備える構造でもよい。ここで、逆計算アルゴリズムを用いれば、任意のモードの結合効率のみを高くする構造をアルゴリズムにより設計できるので、モードフィルタ１４の設計に有効である。
　モードフィルタ１４の一例として、多モード干渉導波路型の構成を用いてもよい。多モード干渉導波路は、広い幅の導波路における光の干渉を用いて、光スイッチや合分波機能を実現する素子である。幅が広い導波路部における干渉時の強度分布に応じて伝搬長を設定することで、分岐数を変化させることができる。この構成では、光の伝搬方向における干渉時の強度分布の変化は、光の入力側の導波路幅によって決まる光のモードによって異なる。そこで、所望の低次のモードにのみ結合するように伝搬長を設定することで、光素子においてモードフィルタとして機能させることができる。
　また、スポットサイズ変換器（Ｓｐｏｔ－Ｓｉｚｅ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、ＳＳＣ）として用いられるテーパ構造や逆テーパ構造、又その組み合わせを用いてもよい。これは、例えばテーパ形状により導波路幅を狭めることで、導波路幅の単位面積当たりの光電場強度を増加できるので、導波路の側壁粗さ等による散乱を増強させ、高次モードの散乱損失を増加することができる。
　また、方向性結合器型の構成を用いてもよい。この構成では、樹脂硬化光３が伝播し出射端面１６＿２より出射する第２導波路コアに、他の導波路が隣接する。第２導波路コアと他の導波路においてモード間の実効屈折率が異なるので、各モードで結合効率が異なる。そこで、所定の結合長を設定することにより、第２導波路コアを伝搬する樹脂硬化光３の高次モードを他の導波路に結合させることにより、第２導波路コアを伝搬する樹脂硬化光３の高次モードを減少できる。または、他の導波路に樹脂硬化光３の高次モードを結合させ、他の導波路の端面から樹脂硬化光３を出射させてもよい。
　また、光素子のモードフィルタは、複数のモードフィルタを組み合わせて構成してもよい。本実施の形態および変形例で示す異なる形態のモードフィルタを組み合わせて構成してもよい。例えば、図３と図４それぞれに示すモードフィルタを連結させる形状のモードフィルタでもよい。これにより、モードフィルタとしてより高い効果を発揮できる。
　また、光素子のモードフィルタは、他にモードフィルタとしての機能する構造であればよい。
＜第２の実施の形態＞
　本発明の第２の実施の形態に係る光素子について、図５～図７を参照して説明する。
＜光素子の構成＞
　本実施の形態に係る光素子２０は、図５、６に示すように、モードフィルタ２４として、グレーティングカプラが構成され、第２導波路コア１２の上面に形状変調構造として厚さ変調構造を備える。図６は、図５に示す上面図におけるＶＩ－ＶＩ’での断面図である。他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
　このように、モードフィルタ２４における形状変調構造は、グレーティング２４１であり、第２導波路コア１２の上面に凹凸構造を有し、すなわち厚さが変調する構造である。
＜光素子の作用＞
　本実施の形態に係る光素子２０の作用について、以下に説明する。
　光素子２０において、第２導波路コア１２の上面にグレーティング２４１を形成することにより、第１の実施の形態と同様に、樹脂硬化光３の高次モードに対して強い散乱損失を誘起できる。その結果、樹脂硬化光３の高次モードが抑制され、低次モードの強度分布が高次モードに比べて強くなり、ガウシアン分布に近い強度分布を得ることが可能となる。
　通常、マルチモード導波路コアにおいて、コアの中心を回転中心として、所定のモードの強度分布を９０度回転した伝搬モードが存在する場合がある。例えば、導波路を伝搬する光のモードにおいて、導波路コアの幅方向で導波路コアの側面とクラッドとの界面付近に強い電場強度を有する高次モードＡと、導波路コアの厚さ方向で導波路コアの上面と上部クラッド１７および導波路コアの底面と下部クラッド１８との界面付近に強い電場強度を有する高次モードＢが存在する。
　第１の実施の形態においては、高次モードＡに対して強い散乱損失を誘起する一方で、高次モードＢに対しては、光の電場強度が高い領域にグレーティングなどの散乱要因がないので、散乱損失が小さい。
　光素子２０では、第２導波路コア１２の上面にグレーティング２４１が配置されるので、高次モードＢに対して強い散乱損失を誘起できる。
　このように、本実施の形態に係る光素子によれば、第２導波路コア１２の厚さ方向で、高次モードが抑制され、ガウシアン分布又はガウシアン分布に近い強度分布を有する樹脂硬化光３を出射させる光素子を提供できる。その結果、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。
　本実施の形態では、第２導波路コア１２の上面と上部クラッド１７との界面にグレーティングを備える例を示したが、第２導波路コア１２の底面と下部クラッド１８との界面にグレーティングを備えてもよい。
＜光素子の製造方法＞
　本実施の形態に係る光素子２０の製造方法の一例を、以下に説明する。
　初めに、基板の上に、下部クラッド１８の材料を堆積し、その上に第１導波路コア１１の材料を堆積する。ここで、基板の材料としてＳｉ、下部クラッド１８の材料としてＳｉＯ２、第１導波路コア１１の材料としてはＳｉ等を用いる。
　次に、第１導波路コア１１の材料のＳｉの上面に、酸化膜などのハードマスクによりグレーティングのパタンを形成し、ドライエッチングによりグレーティングパタンの開口部のＳｉ導波路膜厚を薄くすることで、第１導波路コア１１の材料のＳｉの上面にグレーティング２４１を形成する。
　次に、フォトリソグラフィを用いて、第１導波路コア１１の材料のＳｉを第１導波路コア１１に加工する。
　次に、第１導波路コア１１上に、第２導波路コア１２の材料、例えばＳｉＯＮを積層する。ここで、ＳｉＯＮは、酸化シリコン成膜時に窒素を加えることで形成できる。
　次に、通常のフォトリソグラフィを用いてＳｉＯＮを第２導波路コア１２に加工する。
　最後に、第２導波路コア１２上に、第２導波路コア１２を覆うように、上部クラッドを、材料に例えば酸化シリコンを用いて形成する。
＜変形例＞
　本実施の形態では、光素子２０において、モードフィルタとして導波路の上面に形成されたグレーティングを用いる例を示したが、他の構成を用いてもよい。
　光素子２０において、第２導波路コア１２の材料以外の材料を用いて、第２導波路コア１２の上面近傍に散乱を誘起する他の構造を形成してもよい。例えば、図７に示すように、第２導波路コア１２の上面近傍に、アルミニウム（Ａｌ）等の金属からなる金属回折格子（グレーティング）２４２を形成してもよい。または、Ｓｉ導波路上に集積が可能なＳｉＮ材料によるグレーティングを形成してもよい。
　本実施の形態では、第２導波路コア１２の上面と上部クラッド１７との界面にグレーティングを備える例を示したが、第２導波路コア１２の底面と下部クラッド１８との界面にグレーティングを備えてもよい。また、上面と底面の両方にモードフィルタを作製してもよい。
　また、第１の実施の形態の構成と組み合わせて、矩形の導波路コアの両側面と上面と底面との４面にグレーティングを形成してもよい。これにより、前述の高次モードＡ、高次モードＢの回転対称のモードそれぞれに対して強い散乱損失を誘起できる。
　これにより、第２導波路コア１２の幅方向と厚さ方向との両方で、高次モードが抑制され、さらにガウシアン分布又はガウシアン分布に近い強度分布を有する樹脂硬化光３を出射させる光素子を提供できる。その結果、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。
　本実施の形態に係る光素子では、第１の実施の形態と同様に、グレーティング以外の構成であっても、散乱を誘起する構成であれば、モードフィルタに用いることができる。
＜第３の実施の形態＞
　本発明の第３の実施の形態に係る光素子について、図８～図１０を参照して説明する。図９、１０の挿入図に、モードフィルタ３４、３４＿２の構成を示す拡大上面図を示す。
＜光素子の構成＞
　本実施の形態に係る光素子３０は、図８、９に示すように、第１導波路コア１１と、第２導波路とを備え、第１導波路コア１１に配置されるモードフィールド変換部１３と、第２導波路コア１２に配置されるモードフィルタ３４と、第１導波路コア１１と第２導波路コア１２とを接続する光合分波部１５とを備える。
　光素子３０では、モードフィルタ３４を、第２導波路コア１２における樹脂硬化光３が入射する入射端面１６＿１と、光合分波部１５との間に配置する。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
　モードフィルタ３４は、第２導波路コア１２の側面にブラッググレーティングを備える。このように、モードフィルタ３４は、形状（幅）変調構造である。
　光素子３０では、樹脂硬化光３のみが伝搬する第２導波路コア１２に幅変調導波路を設けることにより、幅変調導波路が信号光に対して影響を与えないようにできる。
　例えば、第１の実施の形態で示すように、ブラッググレーティング導波路の構造は、所定の波長に対して強い反射を示すので、この反射光の中心波長を信号光の波長から離れた波長に対して強い反射を示す構造とすることで、信号光への影響を抑制できる。
　しかしながら、ブラッググレーティング導波路の設計、導波路の屈折率、製造プロセス等の制約により、信号光に対する過剰損失を無視できない場合がある。
　そこで、本実施の形態に係る光素子によれば、樹脂硬化光３のみが伝搬する導波路にモードフィルタが配置されるので、モードフィルタが信号光に与える散乱の影響を回避できる。
　本実施の形態に係る光素子によれば、第１および第２の実施の形態と同様に、高次モードが抑制され、ガウシアン分布又はガウシアン分布に近い強度分布を有する樹脂硬化光３を出射させる光素子を提供できる。その結果、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。さらに、モードフィルタが信号光に与える影響を回避できる。
　また、出射端面１６＿２とモードフィールド変換部１３との間と、入射端面１６＿１と光合分波部１５との間との両方にモードフィルタを配置してもよい。これにより、高次モードに対してさらに大きな損失を与えることが可能である。
　また、本実施の形態では、図１０に示すように、モードフィルタ３４＿２にグレーティングカプラ３４２を用いた構造を用いてもよい。また、樹脂硬化光３のみが伝搬する第２導波路コア１２にモードフィルタを形成する構成において、導波路側面にブラッググレーティングを設けた幅変調導波路やグレーティングカプラ等の厚さ変調器などの複数のモードフィルタを配置してもよい。
＜第４の実施の形態＞
　本発明の第４の実施の形態に係る光素子について、図１１を参照して説明する。図１１の挿入図に、モードフィルタ４４の構成を示す拡大上面図を示す。
＜光素子の構成＞
　本実施の形態に係る光素子４０は、図１１に示すように、モードフィルタ４４が第２導波路コア１２において第１導波路コア１１の先端と出射端面１６＿２との間に配置され、モードフィルタ４４として、連続する曲げ導波路４４１を備える。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。
　曲げ導波路４４１において、伝搬する光の高次モードの放射損失が大きい。そこで、第２導波路コア１２におけるモードフィルタ４４として曲げ導波路４４１を用いることにより、樹脂硬化光３の高次モードに対して放射損失を誘起（生じさせる）ことができる。その結果、樹脂硬化光３の出射光は、ガウシアン分布に近い強度分布を得ることが可能となる。
　本実施の形態に係る光素子４０によれば、第１および第２の実施の形態と同様に、高次モードが抑制され、ガウシアン分布又はガウシアン分布に近い強度分布を有する樹脂硬化光を出射させる光素子を提供できる。その結果、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。
　さらに、第２導波路コア１２の導波路幅による制約等の製造プロセス上の制約により、グレーティング等の形状変調導波路の作製が難しい場合にも適用できる。
　本実施の形態では、モードフィルタ４４の曲げ導波路４４１は、第２導波路コア１２において光合分波部１５と入射端面１６＿１との間に配置されてもよい。
　また、本実施の形態で示す構成に限らず、モードフィルタが複数の曲げ部を有する導波路であってもよい。
　また、本実施の形態では、曲げ導波路の湾曲部の数に限りはなく、モードフィルタとしての効果を奏すればよい。ここで、曲げ導波路の湾曲部の数が増加にともない、モードフィルタとしての効果が増加する一方、光素子のサイズは大きくなる。そこで、曲げ導波路は、モードフィルタとしての効果や素子サイズ等を参酌して設計してもよい。
＜第５の実施の形態＞
　本発明の第５の実施の形態に係る光集積素子について、図１２を参照して説明する。
＜光集積素子の構成＞
　本実施の形態に係る光集積素子５０は、図１２に示すように、第１の実施の形態に係る光素子１０と、光ファイバ（信号光用光ファイバ）５２と、光接続部５３とを備える。
　光素子１０の出射端面１６＿２が、光ファイバ５２の端面と、光接続部５３を介して接続される。
　光接続部５３は、ＳＷＷコア５３１と、ＳＷＷコア５３１の周囲のＳＷＷクラッド５３２から構成される。
＜光集積素子の製造方法＞
　本実施の形態に係る光集積素子５０の製造方法の一例を、以下に説明する。
　初めに、光素子１０と光ファイバ５２とを配置して、光ファイバ５２の中心を光素子１０の第２導波路コア１２（出射端面１６＿２側）の中心に対して位置合わせを行う。
　次に、光ファイバ５２と光素子１０の出射端面１６＿２の第２導波路コア１２との間隙に、ＳＷＷ材料（光硬化性樹脂）を滴下する。
　次に、樹脂硬化光用光ファイバから光素子１０の入射端面１６＿１に樹脂硬化光が入射され、光素子１０の第２導波路コア１２を伝搬し、出射端面１６＿２から出射され、ＳＷＷ材料（光硬化性樹脂）に照射される。
　これにより、光硬化性樹脂において樹脂硬化光が照射された部分は屈折率が変化し硬化して、ＳＷＷコア５３１が形成される。その結果、光ファイバ５２のコアと光素子１０の第２導波路コア１２との間が接続される。
　最後に、ＳＷＷコア５３１を形成した後に、ＳＷＷコア５３１の周囲にＳＷＷクラッド５３２を形成する。
　例えば、ＳＷＷコア５３１の周囲の未硬化樹脂を除去した後、接着剤用樹脂（ＳＷＷクラッド材料）を滴下し光照射により硬化させて、ＳＷＷクラッド５３２を形成する。
　または、第１の波長（λ１）で硬化する樹脂と第２の波長（λ２）で硬化する樹脂とを混合した樹脂を、光ファイバ５２と光素子１０の第２導波路コア１２との間隙に滴下した後、λ１の波長の光の照射により硬化した部分をＳＷＷコア５３１とし、引き続きλ２の波長の光の照射によりＳＷＷコア５３１周囲の部分を硬化させＳＷＷクラッド５３２を形成してもよい。
　本実施の形態に係る光集積素子の製造方法によれば、第１の実施の形態に係る光素子１０を用いることにより、ＳＷＷコア５３１を形成に寄与する樹脂硬化光が、ガウシアン分布又はガウシアン分布に近い強度分布を有するので、長尺（ｍｍ程度）かつ一定コア直径の形状で低損失のＳＷＷコアを形成することができる。
　したがって、本実施の形態に係る光集積素子は、集積される光素子間（例えば、光素子と光ファイバとの間）が低損失で容易に光接続され、良好な特性を有する。
　本実施の形態では、光素子をＳＷＷコアを介して光ファイバ（信号光用光ファイバ）と接続する例を示したが、これに限らず、光ファイバ以外の光導波路を有する光導波路素子に接続してもよい。
　また、本実施の形態では、第１の実施の形態に係る光素子を用いたが、第２～第４の実施の形態に係る光素子を用いてもよい。
　本発明の実施の形態では、光素子を構成する材料として、Ｓｉ、ＳｉＮ、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いる例を示したが、化合物半導体や誘電体など他の材料を用いてもよい。
　本発明の実施の形態では、光素子および光集積素子の構成、製造方法などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。光素子および光集積素子の機能を発揮し効果を奏するものであればよい。
　本発明は、光素子を接続するための光素子、光集積素子および光集積素子の製造方法に関するものであり、光通信デバイス、光通信ネットワークシステムに適用することができる。
１０　光素子
１１　第１導波路コア
１２　第２導波路コア
１３　モードフィールド変換部
１４　モードフィルタ
１５　光合分波部
１６＿１　入射端面
１６＿２　出射端面

Claims (9)

  1. 　光導波路素子と自己形成導波路を介して接続する光素子であって、
    　信号光が伝搬する第１の導波路コアと、
    　少なくとも樹脂硬化光が伝搬する第２の導波路コアと、
    　前記第２の導波路コアの一部に配置されるモードフィルタと
    　を備え、
    　前記第１の導波路コアの屈折率が、前記第２の導波路コアの屈折率より大きく、
    　前記第１の導波路コアがモードフィールド変換部を有し、少なくとも前記モードフィールド変換部が、前記第２の導波路コアと光学的に結合できる位置に配置され、
    　前記第２の導波路コアが、複数のコア導波路構造から構成され、
    　一のコア導波路構造が、前記モードフィールド変換部を覆い、前記信号光と前記樹脂硬化光が出射する出射端面を備え、
    　他のコア導波路構造が、前記樹脂硬化光が入射する入射端面を備え、前記一のコア導波路構造と光学的に接続する
    　ことを特徴とする光素子。
  2. 　前記モードフィルタが、前記出射端面と、前記モードフィールド変換部の先端との間に配置される
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光素子。
  3. 　前記モードフィルタが、前記入射端面と、前記他のコア導波路構造が前記一のコア導波路構造と光学的に接続する部分との間に配置される
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光素子。
  4. 　前記モードフィルタが、前記第２の導波路コアの幅と厚さとの少なくともいずれか一方が変調する構造である
    　ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光素子。
  5. 　前記モードフィルタが、ブラッググレーティングを有する
    　ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光素子。
  6. 　前記モードフィルタが、グレーティングカプラにより構成される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光素子。
  7. 　前記モードフィルタが、曲げ導波路により構成される
    　ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光素子。
  8. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光素子と、
    　前記自己形成導波路を介して接続される前記光導波路素子と
    　を備える光集積素子。
  9. 　基板上の下部クラッドの上に、第１導波路コアの材料を堆積する工程と、
    　前記第１導波路コアの材料を、第１導波路コアに加工する工程と、
    　前記第１導波路コアを覆うように、第２導波路コアの材料を堆積する工程と、
    　前記第２導波路コアの材料を、モードフィルタを有する第２導波路コアに加工する工程と、
    　前記第２導波路コアを覆うように、上部クラッドを堆積する工程と
    　を備える光素子の製造方法。
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